在太阳能电池领域,瞄准下下代太阳能电池的各种构想不断涌现.其中一种设想是在底板上排列细线状的硅(硅纳米线).包括美国通用电气(GeneralElectric)在内,目前世界各地都在进行开发.大多数的开发者的开发目的在于通过制成线状减少硅用量从而降低成本,以及利用密布的硅纳米线减少光反射. 与此相比,比利时IMEC的目的则在于利用硅纳米线的量子效应.在2009年11月9日于东京举行的"IMECExecutiveSeminar"上,IMEC光伏业务总监JefPoortmans介绍了硅纳米线太阳能电池的开发现状.
IMEC的目标是实现在硅底板上形成硅纳米线的太阳能电池.硅底板的带隙为1.1eV,而利用量子效应的硅纳米线为1.7～1.8eV.组合带隙不同的硅底板和硅纳米线,可期待提高效率.Poortmans表示:"如果这一设想能够实现,转换效率将达到约33%".
目前,IMEC正在尝试试制适于太阳能电池的硅纳米线.要实现1.7～1.8eV的带隙,硅纳米线的直径需要降至2～4nm.为形成这种极细的硅纳米线,IMEC采用了为制造新一代半导体而开发的EUV曝光.
不过,即使采用EUV曝光和蚀刻,也只能形成直径为40～65nm的硅纳米线.因此,对直径为40～65nm的硅纳米线进行氧化之后,利用HF气体去除氧化部分使其进一步变细.目前,利用这种方法获得了直径为8～25nm左右的硅纳米线.作为其他目标的硅纳米线间距(90nm)和长度(500nm)在EUV曝光和蚀刻时得以实现.
今后将利用EUV曝光和蚀刻将直径减至30nm,然后利用氧化和HF气体将直径减至3nm.获得适用于太阳能电池的直径3nm硅纳米线之后,将进一步确认太阳能电池的特性.
为了利用量子效应实现硅纳米线,不仅要对线进行微细化,还要开发取代EUV曝光的低成本制造方法.对于研制下下代太阳能电池,还需要进一步的技术创新.
